火炮耳軸調(diào)平精度及方法分析

張世全

（西北機(jī)電工程研究所，陜西咸陽(yáng) 712099）

火炮耳軸調(diào)平精度及方法分析

張世全

（西北機(jī)電工程研究所，陜西咸陽(yáng) 712099）

火炮耳軸調(diào)平精度決定了火炮的初始水平基準(zhǔn)，進(jìn)而影響火炮的射擊精度。工程上常因缺乏耳軸調(diào)平的定量要求而存在一定的技術(shù)爭(zhēng)議。筆者在分析火炮耳軸橫傾引起仰角和方位角偏差的基礎(chǔ)上，從火炮的射擊精度出發(fā)探討了耳軸調(diào)平精度的確定原則及耳軸橫傾許用值的大??；采用單經(jīng)緯儀法調(diào)平火炮耳軸，分析了經(jīng)緯儀布站工況對(duì)耳軸橫傾角度的影響，給出了火炮耳軸調(diào)平的具體方法。實(shí)踐證明，按許用值確定的耳軸調(diào)平精度及其方法能夠指導(dǎo)火炮的總裝調(diào)試工作。

火炮；耳軸傾斜許用值；耳軸調(diào)平方法

耳軸調(diào)平是火炮調(diào)平的要素之一，也是火炮總裝調(diào)過程中最重要的內(nèi)容之一。耳軸調(diào)平精度直接影響到火炮炮尾平臺(tái)基準(zhǔn)、火炮瞄準(zhǔn)系統(tǒng)零位零線、隨動(dòng)系統(tǒng)和定位定向?qū)Ш较到y(tǒng)中敏感元件的初始安裝零位等精度，最終影響到火炮的射擊精度。文獻(xiàn)［1］和［2］規(guī)定的瞄準(zhǔn)裝置零位零線、瞄準(zhǔn)線偏移、瞄準(zhǔn)具裝定與炮身實(shí)際射角一致性、炮膛軸線偏離射面的偏離角、炮尾水平臺(tái)與炮膛軸線一致性等性能參數(shù)均要求在火炮耳軸調(diào)平下進(jìn)行檢查。文獻(xiàn)［3］中提出炮耳軸水平是標(biāo)準(zhǔn)射表?xiàng)l件之一，當(dāng)耳軸不水平時(shí)要進(jìn)行方向修正。文獻(xiàn)［4］所介紹的應(yīng)用傳感器技術(shù)檢測(cè)火炮零位零線的方法及文獻(xiàn)［5］所研究的火炮軸線一致性與偏離角測(cè)試系統(tǒng)均基于火炮耳軸調(diào)平條件。然而，耳軸調(diào)平控制精度一直未有定量依據(jù)，通常是設(shè)計(jì)者和制造者相互協(xié)調(diào)的結(jié)果。

筆者就耳軸調(diào)平時(shí)的橫傾許用值、單經(jīng)緯儀布站對(duì)耳軸調(diào)平的影響及所采用的耳軸調(diào)平方法進(jìn)行分析，有助于解決實(shí)踐操作與指標(biāo)要求之間的矛盾。文中所涉及的調(diào)平步驟是：利用架設(shè)在炮口前方15～20 m處的單經(jīng)緯儀觀察火炮俯仰時(shí)炮口十字線的偏離，并通過調(diào)整支撐全炮的4個(gè)千斤頂使火炮耳軸趨于水平。

1 耳軸橫傾許用值分析

1.1 耳軸橫傾引起的角度偏差

如圖1所示，以耳軸中心O為原點(diǎn)建立直角坐標(biāo)系O- xyz，OA表示身管水平軸線，OE表示耳軸水平狀態(tài)下仰角為φ時(shí)的身管軸線，Oc表示耳軸橫傾狀態(tài)下仰角為φ時(shí)的身管軸線，B點(diǎn)為經(jīng)緯儀布站觀測(cè)點(diǎn)。D、H點(diǎn)分別為c、E點(diǎn)在水平面內(nèi)的投影。Δψ為耳軸橫傾狀態(tài)下仰角為φ時(shí)對(duì)應(yīng)的身管方位偏移角。β為經(jīng)緯儀觀測(cè)炮口點(diǎn)時(shí)的方位偏移角。

設(shè)耳軸橫傾角為α，在身管仰角φ下分別產(chǎn)生方位角偏差Δψ和仰角偏差Δφ。平面Oc A可看作平面OEA繞OA傾斜α后所形成。在調(diào)試過程中，量取Oc的仰角實(shí)為φ′。

因Δ（sinφ）=sinφ′－sinφ=－sinφ（1－cosα），又因Δ（sinφ）≈Δφcosφ，所以，

在調(diào)試狀態(tài)下，α、Δψ均為小量，即tanΔψ≈Δψ，cosα≈1，sinα≈α，則Δφ=0，

由此可以看出，耳軸橫傾主要引起方位角偏差。

1.2 耳軸橫傾許用值分析

工程實(shí)踐中，由于受火炮架體剛度、火炮起落部分和回轉(zhuǎn)部分質(zhì)心位置及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的變化、調(diào)試臺(tái)架剛度和支撐面積、調(diào)試設(shè)備和調(diào)試方法等多因素的影響，耳軸不能調(diào)到絕對(duì)水平，尤其對(duì)大口徑長(zhǎng)身管火炮，火炮調(diào)平精度只能處于一定的公差范圍內(nèi)，此公差范圍受耳軸橫傾的許用值的限制。分析耳軸調(diào)平精度，確定以下原則：

1）符合現(xiàn)有的制造工藝水平及測(cè)試條件。

2）與火炮射擊精度要求相匹配。

3）與火炮的使用要求相一致。

以此原則對(duì)耳軸橫傾許用值進(jìn)行分析。

1.2.1 炮尾水平臺(tái)橫向平面精度要求

炮尾水平臺(tái)代表火炮的使用基準(zhǔn)，是在火炮調(diào)平狀態(tài)下精密刮研而成。炮尾水平臺(tái)橫向平面的精度要求取決于耳軸的傾斜度和炮尾水平臺(tái)與耳軸的不平行誤差（火炮總裝時(shí)不平行誤差的最大值控制在0.4 mrad范圍內(nèi)）。由于炮尾水平臺(tái)橫向平面精度要求不大于其所造成火炮允許射向誤差的50%（假設(shè)指標(biāo)要求射向中間誤差為1 mrad），即最大誤差為2 mrad。取仰角φ=70°時(shí)，利用式（3）求得炮尾水平臺(tái)橫向平面的精度為0.73 mrad。由此得出滿足炮身水平臺(tái)精度要求時(shí)的耳軸橫傾許用值為0.6 mrad。

1.2.2 瞄準(zhǔn)引起的橫向散布要求

式中：E為射彈散布的中間誤差；En為瞄準(zhǔn)裝置允許的中間誤差。

考慮間接瞄準(zhǔn)引起的方位誤差，即

式中：E1為耳軸橫傾的中間誤差；E2為零線規(guī)正的中間誤差；E3為方向分劃環(huán)刻制的中間誤差；E4為方向蝸輪制造的中間誤差；E5為瞄準(zhǔn)線偏移的中間誤差。

由表1的設(shè)定值求得E1，即得出滿足瞄準(zhǔn)要求時(shí)的耳軸橫傾許用值為1.55 mrad。

表1 耳軸橫傾中間誤差計(jì)算表mrad

可以看出，無論從火炮瞄準(zhǔn)使用方面還是從校準(zhǔn)檢查方面分析，耳軸橫傾許用值均取決于精度指標(biāo)要求。如設(shè)定射彈散布中間誤差為1 mrad，可得出耳軸最大橫傾許用值為0.6 mrad。因此在火炮總裝調(diào)試總檢時(shí)，如耳軸的傾斜值在整個(gè)仰角范圍內(nèi)小于許用值，則可判定耳軸已調(diào)平。

2 經(jīng)緯儀布站對(duì)耳軸調(diào)平影響分析

按照經(jīng)緯儀在火炮耳軸調(diào)平時(shí)的不同布站工況來分析其在調(diào)試時(shí)對(duì)耳軸橫傾角度的影響。

2.1 狀態(tài)一

設(shè)身管軸線垂直于耳軸中心線，身管水平軸線OA與經(jīng)緯儀觀測(cè)點(diǎn)B處于同一水平面上和同一鉛垂面內(nèi)，且觀測(cè)點(diǎn)B位于身管水平軸線OA的延長(zhǎng)線上。

耳軸橫傾角α就是平面OEA與平面Oc A之間的夾角，根據(jù)平面方程求夾角α。c點(diǎn)坐標(biāo)為（l cosφ，l sinφsinα，l sinφcosα），E點(diǎn)坐標(biāo)為（l cosφ，0，l sinφ）。

平面OEA的方程為y=0，平面Oc A的方程為y sinφ－z cosφsinΔψ=0，所以，

2.2 狀態(tài)二

當(dāng)經(jīng)緯儀觀測(cè)點(diǎn)B與身管水平軸線OA不在同一平面上，但位于OA所處的鉛垂面內(nèi)時(shí)，將B點(diǎn)投影到OA所在水平面上，可看出β不隨B點(diǎn)的高差而變化。此結(jié)論對(duì)實(shí)際工程中簡(jiǎn)化操作具有重要意義，為架設(shè)經(jīng)緯儀提供了很大的靈活性，無需刻意要求等高平面。

2.3 狀態(tài)三

當(dāng)經(jīng)緯儀觀測(cè)點(diǎn)B與身管水平軸線OA不在同一鉛垂面內(nèi)時(shí)，如圖2所示，經(jīng)緯儀觀測(cè)將具有初始誤差，為避免該誤差，通常進(jìn)行“穿靶線”，使經(jīng)緯儀觀測(cè)點(diǎn)處于身管軸線的鉛垂面內(nèi)。

設(shè)θ為AB與OA的所夾銳角，初始誤差由β′引起。由圖2得出：

3 耳軸調(diào)平方法

通常利用具有一定剛性的臺(tái)架來調(diào)平火炮，并要求調(diào)試臺(tái)架具有一定的支撐面積，使被試火炮的回轉(zhuǎn)部分質(zhì)心在調(diào)試過程中均處于臺(tái)架支撐點(diǎn)內(nèi)。

如圖3和4所示，K點(diǎn)表示耳軸中心O對(duì)應(yīng)的調(diào)試臺(tái)架支點(diǎn)，設(shè)OK=h。已知耳軸橫傾角為α，則將耳軸中心線OO調(diào)平至QQ，對(duì)應(yīng)的臺(tái)架傾斜角α。

對(duì)應(yīng)經(jīng)緯儀觀測(cè)點(diǎn)B，炮口中心點(diǎn)在水平方向上從H點(diǎn)移到Q點(diǎn)。

設(shè)h=2.2 m，l=8.3 m，k=3，φ=60°，則β″=β（1+0.367）。即將經(jīng)緯儀觀測(cè)點(diǎn)對(duì)炮口的偏角反向調(diào)至0后，繼續(xù)反向至原偏角的0.367倍后，升高對(duì)應(yīng)炮口偏向側(cè)的調(diào)試臺(tái)支撐點(diǎn)，使炮口中心點(diǎn)能在調(diào)整后的經(jīng)緯儀中被觀察到為止（或通過耳軸橫傾角計(jì)算出臺(tái)架調(diào)試高度值）。

如經(jīng)緯儀觀測(cè)點(diǎn)不在炮膛軸線的垂直面內(nèi)，由于h的存在，耳軸調(diào)平時(shí)，炮身水平時(shí)炮口點(diǎn)產(chǎn)生偏移，如在起始位置將經(jīng)緯儀歸零，隨仰角增大，觀測(cè)數(shù)值出現(xiàn)減小趨勢(shì)，會(huì)產(chǎn)生未調(diào)平的假相（事實(shí)上耳軸已調(diào)平）。為減小初始值的大小，減小臺(tái)架傾斜角α，減小了經(jīng)緯儀觀測(cè)數(shù)的絕對(duì)值，將出現(xiàn)正負(fù)數(shù)的情況，但此時(shí)耳軸并未調(diào)平。為避免上述情況，需移動(dòng)經(jīng)緯儀，使其觀測(cè)點(diǎn)處在炮膛軸線的垂直面內(nèi)。

在k=3，φ=60°時(shí)，按照耳軸傾斜許用值0.6 mrad，由式（6）得出，β=45″，也就是說對(duì)l=8.3 m的火炮進(jìn)行調(diào)平時(shí)，當(dāng)經(jīng)緯儀架設(shè)在距炮口16.6 m的距離上，在仰角60°時(shí)經(jīng)緯儀觀測(cè)偏差值應(yīng)控制在45″范圍內(nèi)。

4 結(jié)論

通過分析可得出以下結(jié)論：

1）耳軸橫傾許用值取決于火炮射擊精度的要求。如設(shè)定射彈散布中間誤差為1 mrad，對(duì)應(yīng)仰角70°范圍內(nèi)，耳軸調(diào)平時(shí)的初始橫傾許用值為0.6 mrad，為火炮耳軸調(diào)平精度控制提供了依據(jù)。

2）利用單經(jīng)緯儀法進(jìn)行調(diào)平時(shí)，經(jīng)緯儀觀測(cè)點(diǎn)應(yīng)布于炮膛軸線的垂直面內(nèi)，以減小耳軸調(diào)平誤差。

3）當(dāng)經(jīng)緯儀的布站位置距炮口越遠(yuǎn)，炮口偏移的觀測(cè)值應(yīng)越小。如經(jīng)緯儀架設(shè)在距耳軸中心3倍于炮身長(zhǎng)的位置時(shí)，其在仰角60°時(shí)經(jīng)緯儀觀測(cè)偏差值應(yīng)控制在45″范圍內(nèi)。此結(jié)論可直接用于火炮的總裝調(diào)平工作。

（Referenees）

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Analysis on Preeision and Method of Adjusting Gun Trunnion Axis Level

ZHANG Shiquan
（Northwest Insititute of Mechanical＆Electrical Engineering，Xianyang 712099，Shaanxi，China）

gun；allowable value of trunnion axis inclination；method of adjusting trunnion axis level

TJ303

A

1673-6524（2015）04-0074-04

2015- 01- 26；

2015- 06- 26

張世全（1971－），男，研究員級(jí)高級(jí)工程師，主要從事火炮總體技術(shù)研究。E-mail：zsq202202＠sohu.com

Abstraet：Level datum of gun depends on precision of adjusting gun trunnion axis level，which further affects firing accuracy.In engineering there are certain technical disputes for lack of quantitative requests of trunnion axis level.On the basis of analyzing deviations of angle of elevation and azimuth angle caused by trunnion axis inclination，a discussion is made of the explicit rules for adjusting gun trunnion axis level and allowable level value of trunnion axis inclination.Trunnion axis level could be adjusted by using a theodolite from the perspective of firing precision of gun.An analysis is made of the influence of the setting conditions of theodolite on inclination angle of trunnion axis.A specific method of adjusting gun trunnion axis level was provided.Practice has proven that the adjusting method and precision determined by the allowable value can instruct general assemblies and adjustments for gun.